scholarly journals Development of emerging technologies for a low carbon footprint wastewater treatment

2021 ◽  
Author(s):  
Αθανάσιος Μπεζιργιαννίδης
Keyword(s):  
Wastewater Treatment ◽  
Carbon Footprint ◽  
Emerging Technologies ◽  
Low Carbon

Η αλματώδης αύξηση του πληθυσμού, η ανεξέλεγκτη αστικοποίηση και η βιομηχανοποίηση, έχουν οδηγήσει τα τελευταία χρόνια σε αυξημένους περιβαλλοντικούς κινδύνους. Η αυξημένη παραγωγή λυμάτων και η αναγκαία επεξεργασία τους, είναι από τα σημαντικότερα ζητήματα που έχει να αντιμετωπίσει η κοινωνία. Η διαχείριση των λυμάτων αποτελεί παγκόσμιο ζήτημα, καθώς η απόρριψη ανεπεξέργαστων λυμάτων είτε λυμάτων που δεν έχουν υποστεί κατάλληλη επεξεργασία μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την ποιότητα του φυσικού περιβάλλοντος και κατά συνέπεια την ανθρώπινη υγεία. Οι συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων είναι ιδιαίτερα ενεργοβόρες και προκειμένου να μειωθεί το περιβαλλοντικό αποτύπωμα αλλά και το κόστος λειτουργίας, απαιτούνται πιο φιλικές προς το περιβάλλον μέθοδοι προκειμένου να αυξηθεί η ενεργειακή αυτάρκεια των μονάδων επεξεργασίας λυμάτων βελτιώνοντας τη βιωσιμότητά τους.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή διερευνήθηκε η απόδοση αναδυόμενων τεχνολογιών επεξεργασίας αστικών υγρών αποβλήτων, με στόχο να επιτευχθεί μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων με χαμηλό αποτύπωμα του άνθρακα. Πιο συγκεκριμένα, αξιολογήθηκε η απόδοση μιας πιλοτικής μονάδας που αποτελούνταν από μια χημικά ενισχυμένη πρωτοβάθμια επεξεργασία ακολουθούμενη από ένα βιολογικό φίλτρο. Η δοσολογία των χημικών βελτιστοποιήθηκε αρχικά σε ένα πλήθος δοκιμών, προκειμένου να επιτευχθεί ένα συνολικά χαμηλό κόστος επεξεργασίας των λυμάτων. Εφαρμόστηκαν δόσεις 10 mg στο λίτρο χλωριούχου πολυαργιλίου και 1.5 mg στο λίτρο πολυηλεκτρολύτης και οι συνολικές αποδόσεις του συστήματος σε απομακρύνσεις ήταν 89, 93 και 96% για συνολικό COD, για BOD και για συνολικά στερεά αντίστοιχα. Η διήθηση στο βιολογικό φίλτρο, που αποτελεί μια βιολογική διεργασία χαμηλού κόστους, βοήθησε σημαντικά στην απομάκρυνση των ρύπων. Η εκροή από την διεργασία είναι πλούσια σε συγκέντρωση αζώτου και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περιορισμένη άρδευση.Σχεδιάστηκε μια δεύτερη πιλοτική μονάδα, ένας βιοαντιδραστήρας μεμβρανών κοίλων ινών, προκειμένου να επεξεργαστεί το ασθενές απόβλητο που προέρχεται από την μονάδα χημικά ενισχυμένης πρωτοβάθμιας επεξεργασίας, και αξιολογήθηκε η απόδοσή της προκειμένου να διερευνηθεί το κατά πόσο μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί το επεξεργασμένο απόβλητο. Διερευνήθηκε η βελτιστοποίηση της μονάδας σε απόδοση αφαίρεσης αζώτου καθώς και η επίδραση του λόγου COD προς TKN, στην απόδοση της απονιτροποίησης. Η μονάδα των μεμβρανών μικροδιήθησης παρουσίασε εξαιρετικές αποδόσεις στην αφαίρεση οργανικού άνθρακα κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Η απονιτροποίηση ήταν ανεπαρκής λόγω της χαμηλής διαθεσιμότητας οργανικού άνθρακα και η προσθήκη ακατέργαστου λύματος βελτίωσε ελαφρώς τη διαδικασία της απονιτροποίησης. Χρησιμοποιώντας ακατέργαστη γλυκερόλη σαν εξωτερική πηγή άνθρακα, η απονιτροποίηση βελτιώθηκε καθώς ο λόγος COD/TKN αυξήθηκε σε 8.9 ±1.0, πετυχαίνοντας εκροή με συγκέντρωση νιτρικού αζώτου 1.87 ± 0.90 mg στο λίτρο. Τα χαρακτηριστικά της εκροής της μονάδας είναι εντός των ορίων που προβλέπει η ελληνική νομοθεσία (ΚΥΑ 145116/2011) σχετικά με απεριόριστη επαναχρησιμοποίηση λυμάτων.Τέλος, ένας αναερόβιος βιοαντιδραστήρας συνεχούς ανάδευσης ο οποίος επεξεργάστηκε την παραγόμενη ιλύ από τη χημικά ενισχυμένη πρωτοβάθμια επεξεργασία, αξιολογήθηκε σε 3 διαφορετικούς υδραυλικούς χρόνους παραμονής 22, 18 και 15 ημερών, σε σχέση με την παραγωγή βιοαερίου. Ο κύριος στόχος ήταν να μελετηθεί η μέγιστη δυνατή ανάκτηση ενέργειας από τη λάσπη της χημικής κροκίδωσης. Υψηλότερη παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας παρατηρήθηκε κατά την επεξεργασίας ιλύος από την χημική κροκίδωση σε σχέση με την επεξεργασία πρωτογενούς ιλύος, και η παραγωγή του βιοαερίου ήταν 0,15 ± 0,04, 0,16 ± 0,02 and 0,16 ± 0,02 λίτρα βιοαερίου, ανά λίτρο αντιδραστήρα και ημέρα με ποσοστά μεθανίου 76 ± 3%, 75 ± 3% and 76 ± 2% για υδραυλικό χρόνο παραμονής 22, 18 και 15 ημέρες αντίστοιχα. Η εξοικονόμηση ενέργειας από τη λειτουργίας της χημικά ενισχυμένης πρωτοβάθμιας επεξεργασίας και το οικονομικό όφελος από την αναερόβια χώνευση της παραγόμενης ιλύος εκτιμήθηκε για μια μονάδα επεξεργασίας αστικών αποβλήτων που εξυπηρετεί μια πόλη 50.000 κατοίκων. Η εξοικονόμηση ενέργειας υπολογίστηκε σε 1.314.000 κιλοβατώρες το χρόνο και λαμβάνοντας υπόψη την τιμή της κιλοβατώρας στην Ευρωπαϊκή Ένωση το ετήσιο οικονομικό όφελος εκτιμήθηκε σε 155.052 ευρώ.Η διδακτορική διατριβή οργανώνεται ως εξής. Στο κεφάλαιο 1 υπάρχει μια γενική εισαγωγή, που περιλαμβάνει θέματα και τεχνολογίες σχετικά με την επεξεργασία των λυμάτων, τη νομοθεσία, την κατανάλωση ενέργειας και την προοπτική της κυκλικής οικονομίας. Στο κεφάλαιο 2 αναφέρονται ο σκοπός και οι στόχοι της διδακτορικής διατριβής. Στο κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται η τεχνολογία της χημικά ενισχυμένης πρωτοβάθμιας επεξεργασίας και το βιολογικό φίλτρο. Στο κεφάλαιο 4 αναλύεται η τεχνολογία των μεμβρανών και πιο συγκεκριμένα μια μεμβράνη μικροδιήθησης που επεξεργάζεται το ασθενές απόβλητο που προέρχεται από μονάδα χημικά ενισχυμένης πρωτοβάθμιας επεξεργασίας. Στο κεφάλαιο 5 περιγράφεται η αναερόβια χώνευση, και αξιολογείται η απόδοσή της για διαφορετικούς υδραυλικούς χρόνους παραμονής. Στο κεφάλαιο 6 αναλύεται το αποτύπωμα του άνθρακα καθώς και η μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας. Παρουσιάζεται επίσης μια συγκριτική ανάλυση για την ενεργειακή ζήτηση σε μια μονάδα επεξεργασίας αποβλήτων, για μια πόλη με 50.000 ισοδύναμους κατοίκους. Στο κεφάλαιο 7 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της διδακτορικής διατριβής. Στο κεφάλαιο 8 παρέχονται η καινοτομία της διατριβής και προτείνονται θέματα για μελλοντική έρευνα. Στο κεφάλαιο 9 παρατίθενται όλες οι βιβλιογραφικές αναφορές που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή, και τέλος στο κεφάλαιο 10 παρουσιάζονται οι δημοσιευμένες εργασίες σε έγκριτα επιστημονικά περιοδικά.

scholarly journals Biocrude Oil Production by Integrating Microalgae Polyculture and Wastewater Treatment: Novel Proposal on the Use of Deep Water-Depth Polyculture of Mixotrophic Microalgae

Energies ◽  
2021 ◽  
Vol 14 (21) ◽  
pp. 6992
Author(s):  
Makoto M. Watanabe ◽  
Andreas Isdepsky
Keyword(s):  
Wastewater Treatment ◽  
Carbon Footprint ◽  
Water Depth ◽  
Deep Water ◽  
Oil Production ◽  
Low Carbon ◽  
Algae Biomass ◽  
Oil Refineries ◽  
Biocrude Oil ◽  
Mixotrophic Algae

Microalgae have attracted significant attention worldwide as one of the most promising feedstock fossil fuel alternatives. However, there are a few challenges for algal fuels to compete with fossil fuels that need to be addressed. Therefore, this study reviews the R&D status of microalgae-based polyculture and biocrude oil production, along with wastewater treatment. Mixotrophic algae are free to some extent from light restrictions using organic matter and have the ability to grow well even in deep water-depth cultivation. It is proposed that integrating the mixotrophic microalgae polyculture and wastewater treatment process is the most promising and harmonizing means to simultaneously increase capacities of microalgae biomass production and wastewater treatment with a low land footprint and high robustness to perturbations. A large amount of mixotrophic algae biomass is harvested, concentrated, and dewatered by combining highly efficient sedimentation through flocculation and energy efficient filtration, which reduce the carbon footprint for algae fuel production and coincide with the subsequent hydrothermal liquefaction (HTL) conversion. HTL products are obtained with a relatively low carbon footprint and separated into biocrude oil, solid, aqueous, and gas fractions. Algae biomass feedstock-based HTL conversion has a high biocrude oil yield and quality available for existing oil refineries; it also has a bioavailability of the recycled nitrogen and phosphorus from the aqueous phase of algae community HTL. The HTL biocrude oil represents higher sustainability than conventional liquid fuels and other biofuels for the combination of greenhouse gas (GHG) and energy return on investment (EROI). Deep water-depth polyculture of mixotrophic microalgae using sewage has a high potential to produce sustainable biocrude oil within the land area of existing sewage treatment plants in Japan to fulfill imported crude oil.

EXPRESS: Sustainable by Design: Choice Architecture and the Carbon Footprint of Grocery Shopping

2021 ◽  
pp. 074391562110088
Author(s):  
Luca Panzone ◽  
Alistair Ulph ◽  
Denis Hilton ◽  
Ilse Gortemaker ◽  
Ibrahim Tajudeen
Keyword(s):  
Carbon Footprint ◽  
Carbon Tax ◽  
Food Products ◽  
Grocery Shopping ◽  
Choice Architecture ◽  
Low Carbon ◽  
Policy Objective ◽  
Carbon Footprints ◽  
Design Choice ◽  
Goal Priming

The increase in global temperatures requires substantial reductions in the greenhouse emissions from consumer choices. We use an experimental incentive-compatible online supermarket to analyse the effect of a carbon-based choice architecture, which presents commodities to customers in high, medium and low carbon footprint groups, in reducing the carbon footprints of grocery baskets. We relate this choice architecture to two other policy interventions: a bonus-malus carbon tax on all grocery products; and moral goal priming, using an online banner noting the moral importance of reducing one’s carbon footprint. Participants shopped from their home in an online store containing 612 existing food products and 39 existing non-food products for which we had data on carbon footprint, over three successive weeks, with the interventions occurring in the second and third weeks. Choice architecture reduced carbon footprint significantly in the third week by reducing the proportion of choices made in the high-carbon aisle. The carbon tax reduced carbon footprint in both weeks, primarily by reducing overall spend. The goal priming banner led to a small reduction in carbon footprint in the second week only. Thus, the design of the marketplace plays an important role in achieving the policy objective of reducing greenhouse gas emissions.

scholarly journals Integrated Mechanistic Engineering Models and Macroeconomic Input-Output approach to Model Physical Economy for Evaluating the Impact of transition to Circular Economy

2021 ◽  
Author(s):  
Venkata Sai Gargeya Vunnava ◽  
Shweta Singh
Keyword(s):  
Circular Economy ◽  
Emerging Technologies ◽  
Low Carbon ◽  
Input Output ◽  
Zero Waste ◽  
Engineering Models ◽  
The Impact ◽  
Sustainable Transition

Sustainable transition to low carbon and zero waste economy requires a macroscopic evaluation of opportunities and impact of adopting emerging technologies in a region. However, a full assessment of current...

scholarly journals The Tapio Decoupling Principle and Key Strategies for Changing Factors of Chinese Urban Carbon Footprint Based on Cloud Computing

2021 ◽  
Vol 18 (4) ◽  
pp. 2101
Author(s):  
Min Shang ◽  
Ji Luo
Keyword(s):  
Economic Growth ◽  
Cloud Computing ◽  
Carbon Footprint ◽  
Driving Factors ◽  
City Size ◽  
Series Data ◽  
Marginal Effect ◽  
Low Carbon ◽  
The Impact ◽  
Xi’An City

The expansion of Xi’an City has caused the consumption of energy and land resources, leading to serious environmental pollution problems. For this purpose, this study was carried out to measure the carbon carrying capacity, net carbon footprint and net carbon footprint pressure index of Xi’an City, and to characterize the carbon sequestration capacity of Xi’an ecosystem, thereby laying a foundation for developing comprehensive and reasonable low-carbon development measures. This study expects to provide a reference for China to develop a low-carbon economy through Tapio decoupling principle. The decoupling relationship between CO2 and driving factors was explored through Tapio decoupling model. The time-series data was used to calculate the carbon footprint. The auto-encoder in deep learning technology was combined with the parallel algorithm in cloud computing. A general multilayer perceptron neural network realized by a parallel BP learning algorithm was proposed based on Map-Reduce on a cloud computing cluster. A partial least squares (PLS) regression model was constructed to analyze driving factors. The results show that in terms of city size, the variable importance in projection (VIP) output of the urbanization rate has a strong inhibitory effect on carbon footprint growth, and the VIP value of permanent population ranks the last; in terms of economic development, the impact of fixed asset investment and added value of the secondary industry on carbon footprint ranks third and fourth. As a result, the marginal effect of carbon footprint is greater than that of economic growth after economic growth reaches a certain stage, revealing that the driving forces and mechanisms can promote the growth of urban space.

Economic, energy and carbon footprint assessment of integrated forward osmosis membrane bioreactor (FOMBR) process in urban wastewater treatment

2020 ◽  
Vol 6 (1) ◽  
pp. 153-165 ◽  
Author(s):  
Nur Hafizah Ab Hamid ◽  
Simon Smart ◽  
David K. Wang ◽  
Kaniel Wei Jun Koh ◽  
Kalvin Jiak Chern Ng ◽  
...  
Keyword(s):  
Wastewater Treatment ◽  
Carbon Footprint ◽  
Membrane Bioreactor ◽  
Forward Osmosis ◽  
Economic Feasibility ◽  
Water Reclamation ◽  
Urban Wastewater ◽  
Potential Applications ◽  
Carbon Footprint Assessment ◽  
Urban Wastewater Treatment

This study systematically explores the potential applications of forward osmosis (FO) membrane based technology in urban wastewater treatment and water reclamation for their techno-economic feasibility and sustainability.

Conditions and technologies of biological wastewater treatment in Hungary

2012 ◽  
Vol 65 (9) ◽  
pp. 1676-1683 ◽  
Author(s):  
G. M. Tardy ◽  
V. Bakos ◽  
A. Jobbágy
Keyword(s):  
Wastewater Treatment ◽  
Carbon Source ◽  
Nitrogen Removal ◽  
Wastewater Treatment Plants ◽  
Treatment Temperature ◽  
Low Carbon ◽  
Biological Phosphorus Removal ◽  
Wastewater Quality ◽  
Removal Technologies ◽  
Biological Nitrogen

A survey has been carried out involving 55 Hungarian wastewater treatment plants in order to evaluate the wastewater quality, the applied technologies and the resultant problems. Characteristically the treatment temperature is very wide-ranging from less than 10 °C to higher than 26 °C. Influent quality proved to be very variable regarding both the organic matter (typical COD concentration range 600–1,200 mg l−1) and the nitrogen content (typical NH4-N concentration range 40–80 mg l−1). As a consequence, significant differences have been found in the carbon availability for denitrification from site to site. Forty two percent of the influents proved to lack an appropriate carbon source. As a consequence of carbon deficiency as well as technologies designed and/or operated with non-efficient denitrification, rising sludge in the secondary clarifiers typically occurs especially in summer. In case studies, application of intermittent aeration, low DO reactors, biofilters and anammox processes have been evaluated, as different biological nitrogen removal technologies. With low carbon source availability, favoring denitrification over enhanced biological phosphorus removal has led to an improved nitrogen removal.

Towards sustainable construction through the application of low carbon footprint products

2021 ◽  
Author(s):  
K. Ranjetha ◽  
U. Johnson Alengaram ◽  
Ahmed Mahmoud Alnahhal ◽  
S. Karthick ◽  
W.J. Wan Zurina ◽  
...  
Keyword(s):  
Carbon Footprint ◽  
Sustainable Construction ◽  
Low Carbon

scholarly journals The Prospects for Reducing the Carbon Footprint in Liquefied Natural Gas Industry

2021 ◽  
Vol 134 (3) ◽  
pp. 3-10
Author(s):  
D. M. Grigoyeva ◽  
◽  
E. B. Fedorova ◽  
Keyword(s):  
Natural Gas ◽  
Carbon Footprint ◽  
World Economy ◽  
Energy Transition ◽  
Liquefied Natural Gas ◽  
Export Market ◽  
Low Carbon ◽  
Gas Industry ◽  
Natural Gas Industry

To meet the terms of the Paris Agreement, it will be necessary to restructure the world economy, make an energy transition to low-carbon development, which will subsequently affect the conventional energy sources industry and, in particular, the liquefied natural gas (LNG) sector. The article provides an overview of the prospects for reducing the carbon footprint in the gas industry. Technical, political and economic measures of decarbonization formation are given. The prospects of the natural gas export market for Russia are outlined. The classification of technologies related to carbon dioxide capture is presented. Special attention is paid to reducing greenhouse gas emissions in the LNG industry.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document